книги из ГПНТБ / Глушихин, Ф. П. Трудноуправляемые кровли в очистных забоях

а

Рис. 10. Состояние кровли в лаве № 14—29 после аварийных осадок

Состояния кровли, показанные на рис. 10, наблюда­ лись систематически в течение трех недель в разных частях лавы через 4—10 м подвигания забоя. При каждом завале лава простаивала 5 и более суток.

Рис. 11. Профиль призабойного пространства и трещины давления в кровле

Большинство завалов лавы происходило во время по­ садки кровли, когда в выработанном пространстве имели место большие зависания кровли.

Скважины бурились на расстоянии 35 м от конвей­ ерного штрека нормально к напластованию пород. Всего

влаве № 14—29 было пробурено восемь сважин.

Вкачестве примера на рис. 11 показана скважина глубиной 4000 мм, пробуренная на расстоянии 0,4 м от забоя сразу после прохода комбайна. При осмотре сква­

жины в нижней ее части была обнаружена тонкая на­ клонная трещина а. После выемки двух следующих цик­ лов скважину пересекла еще одна наклонная трещина б. Цифрами указано расстояние от устья скважины до точек пересечения трещиной стенок скважины (верхних

41

и-нижних). Трещины б и в оконтурили наклонный блок длиной около 4,6 м и высотой более 4 м. Последний замер в скважине проводился при нахождении ее в вы­

щадки) .

Описание всех скважин, замеров в них и соответ­ ствующей горнотехнической обстановки заняло бы мно­ го места. Поэтому остановимся на некоторых из них.

Одна из восьми скважин пробурена в блоке на расстоянии 0,8 м от забоя на глубину 4000 мм для изучения развития трещин по мере подвигания забоя. При первом осмотре скважины в ней была обнару­ жена одна тонкая наклонная трещина на глубине 1050 мм и две трещины по напластованию на глубине 370 и 900 мм с раскрытием соответственно 15 и 6 мм. Закола впереди скважины не было.

Во время осмотра верхней половины скважины про­ изошло очередное резкое смещение кровли в призабой­ ном пространстве лавы. В этот момент на глубине 2100 мм образовалась тонкая наклонная трещина, кото­ рая в течение 2 мин увеличилась до 10 мм. Выше этой трещины никаких нарушений стенок скважины не обна­ ружено.

Спустя 30 мин при повторном осмотре обнаружено смещение стенок скважины по наклонной трещине на глубине 1050 мм на 35 мм, что составляет 42% от диа­ метра. Просмотр верхней части скважины стал невоз­ можен.

После выемки следующего цикла при просмотре сква­ жины трещины по напластованию уменьшились с 15 до 8 мм и с 6 до 4 мм соответственно на глубинах 370 и 900 мм. Наклонная трещина на глубине 1050 мм, на­ оборот, увеличилась до 30—35 мм, а смещение стенок в плоскости пласта увеличилось до 45 мм (55% от диаметра скважины). Опускание устья скважины по сравнению с первым замером составило 65 мм, а дно ее осталось на месте. Это свидетельствует, что после прохода комбайна наклонная трещина в кровле ко вре­ мени замера еще не образовалась. Относительное про­ седание блока по образовавшимся заколам впереди скважины также составило. 65 мм.

42

Из-за больших смещений кровли дальнейшие на­ блюдения в скважине стали невозможны. В период между большими смещениями кровли наблюдения в скважинах удавалось производить на расстоянии 3,5— 5 м от забоя.

Искривление всех пробуренных в лаве скважин про­ исходило по наклонным трещинам на различной глу­ бине, которая определялась положением устья скважин относительно закола. Среза скважин по трещинам, про­ ходящим параллельно напластованию, не наблюдалось, за исключением незначительных сдвигов при отжиме нижних частей блоков.

В процессе наблюдений было установлено, что дно скважин начинает перемещаться вблизи границы при­ забойного пространства, когда просмотры и измерения в скважинах бывают затруднены из-за взаимных пере­ мещений блоков. Поэтому для установления верхней границы блоков была пробурена скважина глубиной 4560 мм на расстоянии 3,96 м от забоя. Скважина бу­ рилась после обрушения основной кровли в начале образования новой арки. Впереди скважины на рас­ стоянии 2,29 м от нее образовался закол. Длина блока по простиранию составила 3,4 м (максимальная вели­ чина за время наблюдений).

Во время осмотра в скважине обнаружено всего две наклонных трещины на глубине 3680 и 3915 м с рас­ крытием соответственно 25 и 15 мм. Трещин по напла­ стованию не наблюдалось. Смещение кровли пласта вблизи устья скважины ко времени ее бурения'соста­ вило 175 мм. Эти данные показывают, что блок длиной 3,4 м и высотой более 4 м остался монолитным. Поло­ жение скважины относительно забоя и обнаруженные в ней нарушения приведены на рис. 12.

Результаты наблюдений в скважинах позволили установить, что слой алевролита разрушается наклон­ ными и расположенными по напластованию трещинами. Вблизи заколов появляются иногда ступенчатые тре­ щины.

Верхняя граница наклонных трещин не установлена из-за нарушения скважин. Однако можно предполагать, что трещины распространяются через весь слой алевро­ лита (5,6 м) до песчаника. Это подтверждается тем, что они проходят выше дна скважин, которое начинает

43

перемещаться только после образования очередного блока. Обычно дно начинало смещаться в 3,7—4,6 м от забоя, т. е. практически за границей призабойного про­ странства. Наклонные трещины, появляющиеся, как

Рис. 12. Форма и параметры наклонной трещины в непосредст­ венной кровле пласта 14

правило, за каждым циклом, образуют систему высоких и узких блоков, способных зависать в выработанном пространстве.

Раскрытие наклонных трещин в верхней части ука­ зывает на то, что блоки после образования разворачи­ ваются в сторону выработанного пространства на I—-3°. В призабойном пространстве трещины не раскрывались.

44

Более того, вблизи них происходило разрушение породы от сжатия.

Наклонные трещины возникали, как правило, впереди линии забоя на расстоянии 0,2— 1 м, но замечены случаи образования их и по линии забоя, причем в основном после проседания арки. Образование трещин сопровож­ далось резким ударом кровли с последующим увели­ чением давления на крепь.

Перекос скважин происходил только по наклонным плоскостям трещин, при этом смещение стенок скважин в плоскости напластования достигало 45—60 мм в сто­ рону забоя. Это свидетельствует о том, что блоки про­ скальзывают относительно друг друга по наклонным трещинам. Угол наклона трещин в скважинах на раз­ ной высоте изменялся от 65 до 83°, а по заколам в призабойной части он составлял 49—55°.

Трещины по напластованию наблюдались не во всех скважинах. В основном их возникновение было приуро­ чено к периодам образования больших арок и наблю­ далось на высоте 0,4— 1,8 м. Трещины не переходили из блока в блок и имели местное значение. Макси­ мальное расслоение пород внутри блока по одной тре­ щине составило 20 мм. В остальных случаях оно не превышало 7— 10 мм.

Исследования в лаве № 14—30. Пласт 14 в лаве имеет мощность от 1,3 в верхней части лавы до 1,6 м в средней и нижней ее частях. Длина лавы 125 м. На­ правление движения забоя восточное. Уголь вынимается комбайном «Донбасс». Глубина вруба 1,5—1,6 м. Кровля пласта представлена плотным алевролитом мощностью 3,5—3,7 м.

Лава крепилась деревянной призабойной крепыо, рас­ стояние между рамками по длине лавы 1,2 м. Вдоль комбайновой дорожки для усиления переднего ряда крепи и предотвращения вывалов кровли устанавливали один ряд гидравлических стоек ГС-3 под металлический верхняк 1ВДУ-1. Специальная крепь (тумбы ОКУ-04) устанавливалась с шагом 1,2 м. Наблюдательная стан­ ция располагалась на расстоянии 40 м от конвейер­ ного штрека.

В лаве регулярно после каждого прохода комбайна вдоль линии забоя образовывались наклонные трещины,

45

по которым впоследствии происходило проседание блоков.

Обрушение кровли за посадочной крепью носило двоякий характер. Там, где мощность пласта состав­ ляла 1,55— 1,6 м линия обрушения обычно отставала от посадочной на 2—4 м; но иногда кровля обрушалась вблизи крепи. Обрушение в таких случаях захватывало только нижнюю часть блоков на высоту 0,5— 1 м.

Трещины заколов представляли собой либо плоскость, либо слегка изогнутую поверхность, выпуклая часть которой обращена в выработанное пространство.

В верхней части лавы наблюдались систематические зависания кровли на расстоянии 4—6 м без обру­ шения нижней части блоков. Относительные проседания блоков находились в пределах 25—90 мм.

Результаты наблюдений в призабойном пространстве позволили установить, что слой алевролита склонен раз­ рушаться наклонными трещинами на отдельные блоки, длина которых по простиранию изменяется от 1,2 до 1,7 м. Блоки образуют арочную систему, способную зависать в выработанном пространстве с периодиче­ скими проседаниями, приводящими к увеличению нагру­ зок на крепь и ее полому. Общая схема разрушения

иперемещения кровли в лаве № 14—30 такая же, как

ив лаве № 14—29.

Влаве было пробурено 10 скважин диаметром 82 мм. Наблюдениями удалось установить верхнюю границу блоков, проходящую вблизи контакта алевролита с пес­ чаником и измерить величину смещений верхних кромок блоков в сторону выработанного пространства (рис. 13). Скважина диаметром ПО мм была пробурена на рас­ стоянии 0,3 м от забоя на глубину 4508 мм. Граница контакта алевролита и песчаника установлена на глу­ бине 3790 мм. Контакт, как и в лаве № 14—29, ока­ зался неровным. При диаметре керна 90 мм разность отметок контакта по высоте составила 30 мм. Циф­ рами 1, 2, 3, 4, 5 обозначены положение забоя относи­ тельно скважины и соответствующие точки на траекто­ рии д смещения кровли.

4fi

При первом осмотре скважины обнаружена единст­ венная наклонная трещина на глубине 214 мм, являю­ щаяся продолжением трещины, проходящей в кровле

вдоль забоя лавы.

В течение 99 ч при неизменном положении забоя (праздничные дни) никаких новых нарушений стенок скважины не произошло.

Рис. 13. Поворот блоков в сторону выработанного пространства и траектория смещения нижнего контура кровли

После выемки очередного цикла в скважине на глу­ бине 3434 мм появилась трещина а по напластованию с раскрытием 7— 10 мм (блок отслоился от песчаника).

При осмотре скважины во время очередного прохода комбайна были обнаружены еще две трещины по напла­ стованию, расположенные вблизи первой на глубине 3609 мм и 3684 мм с раскрытием соответственно 35 и 10 мм. По старой трещине произошел частичный срез скважины на 50 мм. Верхняя часть блока сместилась относительно песчаника в сторону выработанного про­ странства.

На высоте 1954 мм была обнаружена наклонная тре-

47

щина б толщиной 0,5—1 мм, очевидно не замеченная ранее. Смещения кровли по ней не наблюдалось, хотя в призабойном пространстве кровля по заколу в, возник­ шему ранее, сместилась на 55 мм, что в данном случае соответствовало величине суммарного расслоения вблизи контакта с песчаником.

Устье скважины сместилось па 109 мм, а дно ее осталось на месте г (в песчанике). Смещение предыду­ щего блока кровли произошло по нижней наклонной трещине в на глубине 214 мм.

Осмотр скважины при расположении ее от забоя на расстоянии 4,6 м показал, что смещение верхней части блока в сторону выработанного пространства достигло 80 мм, а устья скважины (в сторону призабойного про­ странства) — 45 мм, т. е. скважина как бы разверну­ лась вокруг точки, расположенной внутри массива. Графическое построение результатов измерений пока­ зало, что эта точка находилась приблизительно на глубине 1100 мм, т. е. как раз в зоне образования по­ следней трещины по напластованию.

Смещение устья скважины по нормали к пласту составило 168 мм, дно ее осталось на месте (линии со штриховкой, см. рис. 13).

В лаве наблюдалось смещение стенок скважин по трещинам напластования. Однако происходило оно только в нижней части блоков и в местах, где в выра­ ботанном пространстве кровля обрушалась на высоту до 1 м.

Средний угол наклона траектории движения устья скважин составил 76°.

В лаве № 14—30 наблюдались случаи, когда наклон­ ные трещины распространялись и в песчаник, что вызы­ вало повышенные смещения кровли в призабойном про­ странстве. Угол наклона трещин изменялся от 50° в ниж­ ней части блоков до 80° в верхней.

Исследования в лаве № 14—30 подтвердили, что непосредственная кровля разрушается на всю мощ­ ность и от основной кровли отделяется трещинами по напластованию.

Исследования в лаве № 14—32. Длина лавы 90 м, мощность пласта 1,38 м. Мощность алевролита 5 м. Паспорт крепления лавы аналогичен паспорту крепле­ ния лавы № 14—30. Лава оборудована комбайном

48

«Донбасс», шаг выемки 1,6 м. К началу наблюдений забой лавы отошел от целика на 40 м. Направление движения забоя — западное.

Общий характер поведения кровли в лаве такой же, как и в находящейся вблизи лаве № 14—29.

По мере подвигания забоя вдоль его линии обра­ зуются заколы почти после каждого прохода комбайна.

скв■/ скв. т

Рис. 14. Форма трещин, состояние и траектория смещения кровли в лаве № 14—32:

стема из блоков, которые на расстоянии 4—5 м от крепи опускаются на почву. Опускание кровли неравно­ мерное, толчками, которые приурочены в основном к выемке пласта и посадке кровли. Также наблюдается периодический излом деревянной крепи.

Наклонные трещины в большинстве случаев имеют криволинейную форму с углом наклона 45-—60° в ниж­ ней части с постепенным увеличением до 80° в верхней части. При проседании арок из нижней части заколов выпадает большое количество породы в основном за счет разрушения проседающего блока.

На рис. 14 показано общее состояние кровли до и после очередной резкой ее осадки, когда блоки про­ сели на значительную величину. Деревянная крепь была

49